(57)【要約】      （修正有）【課題】ストッパ膜を設けて、ＣＭＰ精度を向上させた薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】磁性体パターン６の上に形成した第１のアルミナ膜７の上にＳｉ酸化物又はダイヤモンドライクカーボンからなるストッパー膜８を形成し、その上に第２のアルミナ膜９を形成する。その後、ストッパー膜８までＣＭＰにて研磨する。ＣＭＰ加工によって形成された平坦面の上方に第２の磁性体パターン９を形成する工程を有する薄膜磁気ヘッド製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の磁性体パターンを形成する工程と、
前記第１の磁性体パターン上に第１のアルミナ膜を形成する工程と、
前記第１のアルミナ膜上にストッパー膜を形成する工程と、
前記ストッパー膜上に第２のアルミナ膜を形成する工程と、
前記第２のアルミナ膜の厚み方向から、前記第２のアルミナ膜、第１のアルミナ膜及び第１の磁性体パターンを前記ストッパー膜で止まるまでＣＭＰ加工する工程と、
前記ＣＭＰ加工によって形成された平坦面の上方に第２の磁性体パターンを形成する工程とを有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前記ストッパー膜はＳｉ酸化物又はダイアモンドライクカーボンからなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前記第２の磁性体パターンは前記平坦面の上に磁気ギャップを介して形成された、記録ヘッドの上部磁極であることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前記第１の磁性体パターンは再生ヘッドの下部磁気シールドあるいは上部磁気シールドであることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前記第１の磁性体パターンは垂直記録ヘッドの主磁極に接続されるヨークであることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体に対して情報の記録・再生を行う薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の薄膜磁気ヘッドは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の面記録密度の増大及び小型化に対応するために、急速に微細化が進んでいる。ウエーハプロセスにおいては、特にトラック幅の狭小化が進んでいる。そのために、トラック形成するフォトリソグラフィの露光装置においては、パターンを微細に形成するために高ＮＡ、短波長化が進み、ｉ線からＫｒＦエキシマレーザに移行し更には、ＡｒＦスキャナー等が検討されている。一方、上述した短波長、高ＮＡの露光装置を用いると、下式に示すレーリの式の法則により、フォーカスマージン（ＤＯＦ：Depth Of Focus）が縮小する。下式において、ｋは係数、λは波長、ＮＡはレンズ開口数である。
【０００３】
ＤＯＦ＝ｋ・λ／ＮＡ２
【０００４】
そのため、微細なパターンを形成するためには、基板には非常に高精度な平坦性が求められる。現在、この平坦性を実現するためにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いている。磁気ヘッドウエーハプロセスの中で、特に重要なＣＭＰプロセスは、記録トラック幅形成前のウエーハ表面の平坦化である。
【０００５】
現在の記録ヘッドは、ＴＰＲ（Thermal Protrusion）低減のため、特開２００４−１３４０３９号公報に開示されているような、コイル絶縁膜にレジスト及びアルミナを積層させた構造となっている。上記文献の磁気ヘッドは、コイルの放熱特性を向上するためペデスタルとバックギャップの間にコイルを配置したコイル埋め込み構造になっている。このような埋め込み構造においても、上部磁極（記録トラック部）形成前に、トラック幅のフォトリソグラフィ精度を上げるため、段差をなくし高精度な平坦面を得るためにＣＭＰを行う。
【０００６】
図１は、上述したコイル埋め込み構造の記録トラック幅形成前のＣＭＰプロセスを説明する工程図である。図１（ａ）のようにペデスタル１、バックギャップ２にレジスト３により絶縁したコイル４を配置した状態から、図１（ｂ）に示すようにアルミナ５を被覆する。被覆するアルミナの膜厚は、４〜５μｍである。次に、ペデスタル１、バックギャップ２の材料であるＮｉＦｅとアルミナ５を同時に、所定の膜厚Ｘ（図１（ｂ））だけＣＭＰにより研磨を行い、図１（ｃ）に示すような平坦な面を得る。薄膜磁気ヘッドに用いられているＣＭＰは、硬いアルミナとＮｉＦｅを同時に研磨するために、同じαアルミナなどの尖った形状の砥粒をベースとしたスラリーを用いている。また、研磨量は、荷重と回転数、スラリー量を適正化した条件から研磨レートを求め、それから算出した研磨時間により所望の膜厚を研磨している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１３４０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＭＰによる研磨後のウエーハの内外周のアルミナ膜厚の面内分布は、研磨条件とスラリー量、及び装置に大きく依存する。例えばトラック幅２００ｎｍ以下のトラック幅パターンを形成するためには、フォトリソグラフィのＤＯＦから量産レベルで±０．２μｍの面内分布が一般的に必要とされている。しかしながら、特開２００４−１３４０３９号公報に開示されているようなコイル埋め込み構造において、ペデスタル及びバックギャップ等のめっき分布及び被覆するアルミナの膜厚が厚いために、必要とされる面内分布を確保するのは非常に困難である。また、ＣＭＰ装置のトラブルや、研磨速度の不安定化などによるオーバー研磨が発生した場合、最悪の場合にはコイルを消失させるため不良につながる。その結果、ウエーハ工程の信頼性を損なうだけではなく、歩留まりを大きく左右することが考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、めっき及び構造上から発生する膜厚分布に依存せず、安定に高精度なＣＭＰ制御ができ、更に装置トラブルによるオーバー研磨が発生した場合でも、ある所定の膜厚で完全にＣＭＰが終了する薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、図２に示すように基板上に磁性体パターン６を形成（図２（ａ））し、所定膜厚の第１のアルミナ膜７（図２（ｂ））を形成する。図に示すように磁性体パターン６近傍は、スパッタの場合、入射する影となるために○で囲んだように必然的に窪んだ形状となる。次に本発明の特徴であるストッパー膜８（図２（ｃ））と第２のアルミナ膜９（図２（ｄ））を積層させる。第２のアルミナ膜９は、第１のアルミナ膜７形成時に発生した窪みを埋めるために形成する。この状態から、磁性体パターン６と磁性体パターン上の第１のアルミナ膜７とストッパー膜８と第２のアルミナ膜９を同時にストッパー膜８まで研磨する（図２（ｅ））。このストッパー膜８は、ＣＭＰ及び、イオンミリングなどを用い除去することが可能である。図２（ｆ）は、ストッパー膜を除去した場合の図である。ストッパー膜８の一部は、第１のアルミナ７形成時に発生する窪みに埋め込まれて残留する。一方、ストッパー膜８を除去せず、ＣＭＰ後そのまま積層した状態としてもよい。
【００１１】
また本発明のＣＭＰストッパーを用いたプロセスを、再生側に下部磁気シールド、磁気抵抗効果膜及び上部磁気シールド、記録側に下部磁極、ペデスタル、バックギャップ、コイル及びコイル絶縁膜、磁気ギャップ、上部磁極を備える薄膜磁気ヘッドに適用した場合、素子高さ方向の薄膜磁気ヘッド断面には、コイル最外周の外側にＣＭＰストッパー膜が残る。このＣＭＰストッパー膜は、そのままの状態で残しておいてもよい。
【００１２】
再生ヘッドの下部磁気シールドや上部磁気シールドの形成時に本発明のＣＭＰプロセスを提供すると、下部磁気シールドや上部磁気シールドの両側面及び素子高さ方向上方にＣＭＰストッパー膜が残る。このＣＭＰストッパー膜も、そのままの状態で残しておいてもよい。
【００１３】
ストッパー膜の材質は、Ｓｉ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｓｉ窒化物、ダイアモンドライクカーボンの少なくとも１つもしくは、その混合物、あるいは積層膜とすることができる。このストッパー膜は、スパッタリング法もしくは化学気相成長法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等によって、化学的、あるいは物理的に形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のストッパー膜を用いたヘッド構造により、ＣＭＰ前工程のめっき、アルミナ成膜のばらつき及び構造から発生する分布に依存せず、ある所定の膜厚で、ＣＭＰ研磨が完全に終了するために、高精度な平坦性が得られるＣＭＰプロセスが達成できる。本発明を適用することにより、埋め込みコイル構造の記録トラック形成前のＣＭＰによる、オーバー研磨を防止することができる。よって、コイル消失などのウエーハ不良を未然に防ぎ、歩留まり向上につながる。また、高精度な平坦性が確保でき、結果として露光マージンが拡大するために良好な記録トラック幅分布、精度も向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図３は、磁気ディスク装置の概略図である。図３（ａ）は平面模式図、図３（ｂ）は断面模式図である。磁気ディスク装置は、磁気ディスク１０上に、支持体１１の先端に固定された磁気ヘッド１２によって磁化信号１３の記録再生を行う。
【００１７】
図４は、記録再生分離型の埋め込みコイル構造の薄膜磁気ヘッドの断面図である。この薄膜磁気ヘッドは、下部磁気シールド１４と、上部磁気シールド１６の間に、巨大磁気抵抗効果膜１５が配置された再生ヘッド部及び、下部磁極１７上のペデスタル１とバックギャップ２の間に、レジスト３やアルミナ１８で絶縁した１層目のコイル１９と、磁気ギャップ２０、上部磁極２１と上部磁気コア２２の間にレジスト３で絶縁された２層目のコイル２３を配置した記録ヘッドに分かれている。本発明は、このような構造を有する薄膜磁気ヘッドの記録ヘッド及び再生ヘッドの製造工程に関わる。
【００１８】
図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明のストッパー膜を用いたＣＭＰプロセスを、記録トラック幅形成前のＣＭＰ工程に適用した場合の工程図である。
【００１９】
図５（ａ）は、ペデスタル１とバックギャップ２とコイル引き出し線２７及びコイル４を形成し、レジスト３で絶縁した後で、第１のアルミナ膜７を被覆した状態を示す。外周に位置するコイルは、図示を省略した。コイル２６は、最外周のコイルである。ストッパー膜を適用した場合、第１のアルミナ膜７の膜厚は、最終的なＣＭＰ目標値と同じである。そのために、第１のアルミナ膜７は、分布及び埋め込み性を向上するために、ＲＦ＝１１ＫＷで、バイアス電圧を−１３０Ｖ付加し、３μｍの膜厚をスパッタにて形成した。アルミナ膜は、図のように下の形状に沿って形成されるが、ペデスタルの浮上面側の側面は、ペデスタルがアルミナ入射の妨げるため○で囲ってあるような窪んだ形状に必然的になる。
【００２０】
図５（ｂ）は、第１のアルミナ膜形成後に、ストッパー膜８及び第２のアルミナ膜９を形成した後の断面図である。ストッパー材として、ＳｉＯ２のスパッタ膜を用いた。これは、ＳｉＯ２が現在用いているアルミナ砥粒のスラリーに対し選択比をもつことが、実験により判明したからである。
【００２１】
図６に、本工程で用いるアルミナ砥粒をベースとしたスラリーに対する選択性の実験結果を示す。研磨条件としては、スピードファムアイペック社製のＣＭＰ装置を用い、過重２００ｇ／ｃｍ２、キャリア回転数７０ｒｐｍ、プラテン回転数７０ｒｐｍ、スラリー流量１００ｓｃｃｍの条件のもと５分間研磨を行った。ストッパー膜の材料としては、半導体でストッパー膜として用いられているＴａ、硬い材料であるＳｉＯ２またリファレンスとしてアルミナも同時に研磨した。その結果、Ｔａは、非常に研磨速度が速く、良い選択性が得られなかった。一方、ＳｉＯ２は、アルミナに対し９．６の選択比が得られた。この結果から、ストッパー膜としてＳｉＯ２を選択した。その際、研磨オーバー分である２５％の追加研磨分を考慮し、ＳｉＯ２の膜厚は０．２μｍとした。第２のアルミナ膜は、第１のアルミナ膜と同じ成膜条件で１〜１．５μｍの膜厚を形成した。第２のアルミナ膜の形成目的は、第１のアルミナ膜形成時に発生した、ペデスタルの側面の窪みを埋めるためである。第２のアルミナ膜の膜厚に関しては、窪み以上の膜厚があればよい。
【００２２】
次に、図５（ｂ）に示した第２のアルミナ膜９と素子上のストッパー膜８及び、ペデスタル１とバックギャップ２とコイル引き出し線２７の材料であるＮｉＦｅを、ストッパー膜までＣＭＰにて同時に研磨する。ＣＭＰはスピードファムアイペック社製のＣＭＰ装置を用い、荷重２００ｇ／ｃｍ２、キャリア回転数７０ｒｐｍ、プラテン回転数７０ｒｐｍ、スラリー流量１００ｓｃｃｍの条件で研磨を行った。研磨速度は、０．３μｍ／ｍｉｎである。スラリーには、アルミナ砥粒を用いた。コイルやペデスタル上のＳｉＯ２は、ＳｉＯ２面積が小さいために第２のアルミナ及びＮｉＦｅと同時に研磨される。
【００２３】
図５（ｃ）はストッパー膜８まで研磨した断面図である。図７は、図５（ｃ）の上面図である。ウエーハ上に、ストッパー膜８が残る場所を示している。図示するように磁気ヘッドは、孤立パターンであるために素子以外の場所は、すべてＳｉＯ２が残る。そのため、このＳｉＯ２面で、完全にＣＭＰが完了する。
【００２４】
次に、従来のＣＭＰプロセスと本発明のＣＭＰプロセスを比較した結果を述べる。図８は、図１（ｂ）に示すような従来の方法でＣＭＰを行ったとき、アルミナ膜厚のウエーハ面内分布を測定した結果を示す図である。横軸はウエーハ番号、縦軸はアルミナ膜厚のウエーハ面内分布（３σ）とＣＭＰ後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布（３σ）である。従来方法では、めっきの膜厚以上のアルミナ膜厚が必要なために、通常、４．５μｍの膜厚でアルミナ膜を形成する。そのときのアルミナ膜厚のウエーハ面内分布の平均値（３σ）は０．１７μｍであった。なお、アルミナ膜厚は、光学的に膜厚を測定するナノスペックにて測定した。これを、実際のＣＭＰ目標値にするために１．０μｍ研磨後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布（３σ）の平均値は、０．３８μｍであった。図９は、本発明のストッパーを用いたＣＭＰプロセスの結果を示す図である。横軸はウエーハ番号、縦軸は第１のアルミナ膜の膜厚のウエーハ面内分布（３σ）とＣＭＰ後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布（３σ）である。第１のアルミナ膜の膜厚分布（３σ）の平均値は、０．０９μｍであった。従来方法より約０．０８μｍ低減できた。これは、第１のアルミナ膜厚を従来方法より、薄く形成できるためである。また、ＣＭＰ後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布（３σ）の平均値は、０．１４μｍと従来法より半減し、良好な面内分布が得られた。このストッパーＣＭＰプロセスを用いた場合、結果から推測できるように第１のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布とＣＭＰ後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布はほぼ等価である。従って、アルミナ形成条件を改良しアルミナ膜厚のウエーハ面内分布が低減できれば、本発明のＣＭＰプロセスを採用することにより、更に良いＣＭＰ後のアルミナ膜厚のウエーハ面内分布が確保できるはずである。
【００２５】
また、ＣＭＰを終了する場合、図７に示すように、素子以外の場所の全面にＳｉＯ２が残るために、ＮｉＦｅ／アルミナの摩擦力とＳｉＯ２の摩擦力の違いを利用して、プラテンのトルク検知が可能である。上記トルク検知を用いた場合、ストッパー膜８までＣＭＰを止めずに研磨できるため、量産性に有効である。
【００２６】
ＣＭＰ終了後、ストッパー膜８は、図７に示すように０．０５〜０．１μｍ程度の膜厚が残る。図５（ｄ）に示すように、ＣＭＰ終了後に残ったストッパー膜は除去することも可能である。ＳｉＯ２は、スライダー加工時に欠ける可能性があるからである。また、このストッパー膜８は、残しておくことも可能である。残しておいた場合は、素子上では、図５（ｃ）の位置に残り、ウエーハ上では図７に示したような場所に残る。
【００２７】
図５（ｅ）は、ストッパー膜を適用したＣＭＰプロセスにより平坦化されたペデスタル１上に、磁気ギャップ２０及び上部磁極２１を形成した状態を示す図である。図５（ｆ）は、上部磁極上に、上部磁気コア２２及び２層目のコイル２３形成した図である。本工程で、記録ヘッド形成プロセスを終了する。
【００２８】
本発明によると、ストッパー膜のストッパー効果により、従来より第１のアルミナ膜７を薄膜化できるため、アルミナ膜厚のウエーハ面内分布が小さくなり、かつコイルの上の位置にストッパー膜を形成するためオーバー研磨によるコイル消失を防止できる。
【００２９】
ここまでは、記録ヘッドの形成プロセスに注目し述べてきたが、このストッパー膜を適用した本発明のＣＭＰプロセスは、すべての工程のＣＭＰプロセスに適用可能である。例えば、今後ＴＰＲ低減を目的に、再生ヘッドの下部磁気シールドや上部磁気シールドの膜厚は薄膜化の方向に進む。磁気シールドの膜厚が１．０μｍ以下であると、ＣＭＰ公差から考慮しても、従来プロセスでは、ノミナル管理が、非常に困難と考えられる。その場合、本発明を用いると第１のアルミナの膜厚でノミナルが決定されるため、容易に安定したＣＭＰ研磨が可能となる。
【００３０】
図１０は、本発明のＣＭＰプロセスを、再生ヘッドの下部及び上部磁気シールド形成工程に適用した場合の薄膜磁気ヘッドの浮上面を示す図である。図１０（ａ）は、ＣＭＰ終了後にストッパー膜８を除去した場合を示す。また、ストッパー膜８を残した場合は、図１０（ｂ）に示したような形状となる。また、素子高さ方向にみると、図１１の断面図に示すように、下部磁気シールド１４と上部磁気シールド１５の素子高さ方向上方にストッパー膜８が残る。
【００３１】
また、垂直磁気ヘッドの作製プロセスにおいても、本発明のＣＭＰプロセスは有効である。本発明のストッパーを用いたＣＭＰプロセスは特に、高精度狭小トラック幅が必要とされる、主磁極２４形成前のヨークＣＭＰ加工時に有効である。図１２は、本発明を垂直磁気ヘッドのヨーク２５形成時のＣＭＰに適用した場合の素子高さ方向断面図である。ＣＭＰ終了後に、ヨーク２５の側面にストッパー膜８が残る。この時残存するストッパー膜（ＳｉＯ２膜）の膜厚は、０．１μｍ程度となるが、主磁極２４形成時にミリングを用いた場合には消失する可能性もある。
【００３２】
本発明のストッパー膜を適用したＣＭＰプロセスを用いることにより、高精度な平坦性が得られ、かつ、埋め込みコイル記録ヘッドにおいては、コイル消失などの不良を低減することができる。更に、本発明は、今後の面記録密度に伴う、狭小トラック幅加工技術に有効なプロセス技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のＣＭＰ法のプロセスフローを示す図。
【図２】本発明の概略説明図。
【図３】磁気ディスク装置動作時の概念図。
【図４】記録再生分離型の埋め込みコイル構造の薄膜磁気ヘッドの断面図。
【図５（ａ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図５（ｂ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図５（ｃ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図５（ｄ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図５（ｅ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図５（ｆ）】本発明による薄膜磁気ヘッド製造方法の一工程を示す図。
【図６】各ストッパー材のアルミナに対する選択比を示す図。
【図７】ストッパー膜をそのまま積層させたヘッドの断面図。
【図８】従来のＣＭＰプロセスによるアルミナ膜厚のウエーハ面内分布を示す図。
【図９】本発明ＣＭＰプロセスによるアルミナ膜厚のウエーハ面内分布を示す図。
【図１０】本発明を再生ヘッドの磁気シールドに適用した場合の浮上面から見た図。
【図１１】本発明を再生ヘッドの磁気シールドに適用した場合の断面図。
【図１２】垂直磁気ヘッドのヨーク部のＣＭＰに本発明を適用した場合の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ペデスタル、２…バックギャップ、３…レジスト、４…コイル、５…アルミナ、６…磁性体パターン、７…第１のアルミナ膜、８…ストッパー膜、９…第２のアルミナ膜、１０…磁気ディスク、１１…支持体、１２…磁気ヘッド、１３…磁化信号、１４…下部磁気シールド、１５…巨大磁気抵抗効果膜、１６…上部磁気シールド、１７…下部磁極、１８…アルミナ、１９…１層目のコイル、２０…磁気ギャップ、２１…上部磁極、２２…上部磁気コア、２３…２層目のコイル、２４…主磁極、２５…ヨーク、２６…最外周のコイル、２７…コイル引き出し線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図５（ｅ）】
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【図５（ｆ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006244637.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2006244637.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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